RU2507129C1

RU2507129C1 - Aircraft fuel tank

Info

Publication number: RU2507129C1
Application number: RU2012131705/11A
Authority: RU
Inventors: Алексей Александрович Булаев; Владимир Иванович Никитин
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2014-02-20
Also published as: RU2012131705A

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to aircraft engineering, particularly, to aircraft fuel tank. Fuel tank comprises body composed of axially symmetric flange with two bottoms as rotational shell, gas supercharge and fuel feed unions and two stiff diaphragms composed of rotational shells in contact via end section flanging with tank flange. Central section of every diaphragm is bulged towards tank bottom with radius equal thereto. Peripheral section of every diaphragm is concaved relative to appropriate tank bottom. Sum of areas of diaphragm sections and flanging area equal surface area of every tank bottom. Note also that said diaphragms make fuel chambers with appropriate tank bottom and gas chamber with the flange.

EFFECT: decreased weight.

1 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение относится к ракетной и космической технике и может быть использовано при конструировании одноразовых топливных баков двигательных установок (ДУ) летательных аппаратов (ЛА), работающим в условиях невесомости или знакопеременных перегрузок.The proposed technical solution relates to rocket and space technology and can be used in the design of disposable fuel tanks of propulsion systems (DU) of aircraft (LA) operating in zero gravity or alternating overload conditions.

Из уровня техники известны топливные баки летательных аппаратов, содержащие силовую оболочку со штуцерами заправки и выдачи жидкости, подвода управляющего газа, эластичную диафрагму, закрепляемую на стенке силовой оболочки (Патент США №4335751, 1982, патент РФ №2158699, 10.11.2000).The prior art fuel tanks of aircraft, containing a power shell with fittings for refueling and dispensing fluid, supplying a control gas, an elastic diaphragm mounted on the wall of the power shell (US Patent No. 4335751, 1982, RF patent No. 2158699, 10.11.2000).

Недостатком известных устройств является использование диафрагмы из эластичного материала, применяя который, сложно обеспечить герметичное соединение диафрагмы с металлической конструкцией бака. При этом эластичные полимерные материалы должны быть стойкими к агрессивным воздействиям топлив и выдерживать высокие температуры нагретого вытесняющего газа. Следует учитывать, что при частичной выработке топлива из-за малой жесткости такие диафрагмы не препятствуют массе топлива совершать перемещения и колебания, что может привести к гидравлическим ударам, изменению центровки летательного аппарата.A disadvantage of the known devices is the use of a diaphragm made of elastic material, using which it is difficult to ensure a tight connection of the diaphragm with the metal structure of the tank. At the same time, elastic polymeric materials must be resistant to the aggressive effects of fuels and withstand high temperatures of the heated displacing gas. It should be borne in mind that in case of partial fuel production due to low stiffness, such diaphragms do not prevent the fuel mass from moving and oscillating, which can lead to hydraulic shocks and a change in the centering of the aircraft.

Известны также баки топливных систем ЛА, содержащие корпус, состоящий из фланца с днищами, и металлические вытеснительные диафрагмы в виде оболочек вращения, разделенные стенкой и опертые посредством отбортовки торцевого сечения на днища бака (Залесов В.Н., Даев И.Ф. Пластическое деформирование вытеснительных диафрагм. М.: Машиностроение, 1977 г., с.6, рис.2).Tanks of aircraft fuel systems are also known, containing a housing consisting of a flange with bottoms, and metal displacing diaphragms in the form of shells of revolution, separated by a wall and supported by flanging the end section on the tank bottoms (Zalesov V.N., Daev I.F. Plastic deformation displacement diaphragms. M.: Engineering, 1977, p.6, Fig. 2).

Основным недостатком указанных баков является повышенная масса конструкции не только бака, обусловленная наличием разделительной стенки, но и всей ДУ, т.к. для обеспечения топливом двигателей необходима подающая под давлением газ вытеснительная система, включающая ряд агрегатов: соединенные трубопроводами баллон высокого давления, клапаны - редукционный, обратный, предохранительный и т.п.The main disadvantage of these tanks is the increased mass of the structure not only of the tank, due to the presence of the dividing wall, but also of the entire remote control, because To provide fuel for engines, a pressurized gas supplying system is required, which includes a number of units: a high-pressure cylinder connected by pipelines, valves - pressure reducing, return, safety, etc.

Целью предложенного технического решения является устранение указанного недостатка - снижение массы бака при одновременном снижении массогабаритных параметров всей ДУ ЛА.The purpose of the proposed technical solution is to eliminate this drawback - reducing the mass of the tank while reducing the weight and size parameters of the entire aircraft LA.

Поставленная цель достигается тем, что в топливном баке ДУ ЛА, содержащем корпус, состоящий из осесимметричного фланца с двумя днищами в виде оболочек вращения, штуцеров подачи газа наддува и отбора топлива, две жесткие, выполненные в виде оболочек вращения диафрагмы, контактирующие посредством отбортовки торцевого сечения с фланцем бака, центральный участок каждой из диафрагм выполнен выпуклым в сторону днища бака с радиусом, равным радиусу днища бака, периферийный участок каждой из диафрагм выполнен вогнутым по отношению к соответствующему днищу бака, а сумма площадей участков диафрагмы и площади отбортовки равна площади поверхности соответствующего днища бака, при этом диафрагмы с соответствующими днищами бака образуют топливные полости, а с фланцем образуют газовую полость.This goal is achieved by the fact that in the fuel tank of the aircraft LA, containing a housing consisting of an axisymmetric flange with two bottoms in the form of shells of rotation, fittings for supplying boost gas and fuel selection, two rigid, made in the form of shells of rotation of the diaphragm, contacting by flanging the end section with a tank flange, the central portion of each of the diaphragms is convex toward the bottom of the tank with a radius equal to the radius of the bottom of the tank, the peripheral portion of each of the diaphragms is made concave with respect to yuschemu tank bottom and the sum of the areas of the diaphragm portions and the flange area is the surface area of the respective tank bottom, wherein the diaphragm with the corresponding tank bottoms form the fuel chamber, and a flange forming a gas cavity.

Выполнение каждой из жестких диафрагм из листового металла предложенной формы, а именно с центральным участком, выпуклым в сторону днища бака с радиусом, равным радиусу днища бака, и вогнутым периферийным участком, позволяет исключить из конструкции бака разделительную стенку.The implementation of each of the rigid diaphragms of sheet metal of the proposed shape, namely with a central section convex towards the bottom of the tank with a radius equal to the radius of the bottom of the tank and a concave peripheral section, allows you to exclude the separation wall from the tank structure.

На реализацию выполнения основной задачи бака - обеспечение максимально полной выработки топлива - направлен другой важный признак предлагаемого технического решения - равенство площадей центрального и периферийного участков диафрагмы и отбортовки площади поверхности соответствующего участка днища бака, к которому диафрагма прилегает в конце выработки топлива. Невырабатываемые остатки топлива в предложенной конструкции бака составляют менее 1% от массы заправляемого топлива.Another important feature of the proposed technical solution, namely, the equality of the areas of the central and peripheral sections of the diaphragm and the flanging of the surface area of the corresponding section of the bottom of the tank to which the diaphragm is adjacent at the end of the fuel generation, is aimed at the implementation of the main task of the tank - ensuring the most complete fuel production. Undeveloped fuel residues in the proposed tank design are less than 1% of the mass of refueling.

Установка диафрагм новой формы образует в баке три внутренние полости - две топливные и одну газовую. Наличие газовой полости в баке, которую при заправке надувают газом повышенного давления, позволяет исключить из ДУ, в состав которой входит бак, вытеснительную систему подачи топлива, что существенно снижает массогабаритные параметры ДУ и дополнительно повышает ее надежность.Installing a new shape of diaphragms forms three internal cavities in the tank - two fuel and one gas. The presence of a gas cavity in the tank, which, when refueling, is inflated with high pressure gas, allows to exclude the fuel pressure system from the control unit, which includes the tank, which significantly reduces the weight and size parameters of the control unit and further increases its reliability.

Предложенное техническое решение поясняется чертежом. Топливный бак состоит из корпуса, образованного осесимметричным фланцем 1 с штуцером подачи газа наддува 2 и двумя днищами 3 в виде оболочек вращения, в которые вварены штуцеры отбора топлива 4. Внутри бака закреплены две жесткие, выполненные в виде оболочек вращения диафрагмы 5, изготовленные из легкодеформируемого металла и опертые посредством отбортовки 6 торцевого сечения на фланец 1. Каждая из диафрагм включает центральный участок 7, выпуклый в сторону ближнего к нему днища бака с радиусом R, равным радиусу днища бака, и периферийный участок, вогнутый по отношению к соответствующему днищу. Бак содержит две топливные полости А и одну газовую полость Б.The proposed technical solution is illustrated by the drawing. The fuel tank consists of a housing formed by an axisymmetric flange 1 with a boost gas supply fitting 2 and two bottoms 3 in the form of shells of revolution into which the fuel sampling fittings are welded 4. Inside the tank are fixed two rigid, made in the form of shells of rotation of the diaphragm 5, made of easily deformable metal and supported by flanging 6 of the end section on the flange 1. Each of the diaphragms includes a Central section 7, convex towards the nearest to the bottom of the tank with a radius R equal to the radius of the bottom of the tank, and peripheral current concave with respect to the corresponding bottom. The tank contains two fuel cavities A and one gas cavity B.

Работает топливный бак следующим образом.The fuel tank operates as follows.

В наземных условиях через штуцеры 4 заправляют полости А компонентами топлива, затем в полость Б через штуцер 2 подают газ наддува до определенного заранее повышенного давления.In terrestrial conditions, through the fittings 4, the cavities A are filled with fuel components, then pressurization gas is supplied to the cavity B through the nozzle 2 to a predetermined higher pressure.

В рабочем режиме происходит дозированный отбор компонентов топлива через штуцеры 4. При включении двигателей возникает перепад давления и находящийся в полости Б газ повышенного давления воздействует на жесткие диафрагмы 5, прогибает их, и таким образом топливо поступает в двигатели.In the operating mode, a metered selection of the fuel components through the fittings 4 occurs. When the engines are turned on, a pressure drop occurs and the high-pressure gas located in cavity B acts on the rigid diaphragms 5, bends them, and thus the fuel enters the engines.

Заправочное давление в газовой полости Б рассчитывается с условием обеспечения в конце полной выработки компонентов топлива заданного для двигателей значения давления, необходимого для их функционирования. При полном опорожнении топливных емкостей А диафрагмы 5 прилегают к внутренним поверхностям днищ 3 и принимают их форму.The filling pressure in the gas cavity B is calculated with the condition that at the end of the full development of the fuel components the pressure set for the engines is set to the pressure necessary for their functioning. When the fuel tanks A are completely empty, the diaphragms 5 are adjacent to the inner surfaces of the bottoms 3 and take their shape.

Предлагаемое техническое решение позволяет снизить массу топливного бака одноразового использования при одновременном существенном снижении массогабаритных параметров ДУ ЛА и дополнительном повышении надежности.The proposed technical solution allows to reduce the mass of the disposable fuel tank while simultaneously significantly reducing the weight and size parameters of the aircraft remote control and further improving reliability.

Claims

A fuel tank of an aircraft engine system comprising a housing consisting of an axisymmetric flange with two bottoms in the form of shells of rotation, nozzles for supplying boost gas and fuel selection, two rigid, made in the form of shells of rotation of the diaphragm, contacting by flanging the end section with the tank flange, characterized in that the central portion of each of the diaphragms is convex toward the bottom of the tank with a radius equal to the radius of the bottom of the tank, the peripheral portion of each of the diaphragms is made concave relative to the corresponding bottom of the tank, and the sum of the areas of the sections of the diaphragm and the flanging area is equal to the surface area of the corresponding bottom of the tank, while the diaphragms with the corresponding bottoms of the tank form fuel cavities, and with a flange form a gas cavity.